1 冶金力学基础.ppt

 绪言 绪言 铁金属和非铁金属：前者系指铁及其合金；后者则指除了铁及其合金以外的金属元素。 黑色金属和有色金属：有色金属则是指除铁、铬、锰3种金属以外的所有金属。 冶金的概念及分类 冶金的概念： 是一门研究如何经济地从矿石或其它原料中提取金属或金属化合物，并用各种加工方法制成具有一定性能的金属材料的学科。 绪言 按内容可分为提取冶金学和物理冶金学两门学科 提取冶金学：研究如何从矿石中提取金属或金属化合物的生产过程，由于该过程伴随有化学反应，又称化学冶金。 物理冶金学：通过成型加工制备有一定性能的金属或合金材料，研究其组成，结构的内在联系以及各种条件下的变化规律，为有效地使用和发展特定性能地金属材料服务。包括金属学，粉末冶金，金属铸造，金属压力加工等。 绪言 火法冶金：在高温下矿石经熔炼与精炼反应及熔化作业，使其中地金属和杂质分开，获得较纯的金属的过程。过程可分为原料准备，焙烧、熔炼、精炼、蒸馏和离析等。所需能源，主要靠燃料燃烧，也有靠化学反应热的。进行的化学反应则有热分解、还原、氧化、硫化、卤化、蒸馏等。 绪言 湿法冶金：一般在常温或低于100℃下，用溶剂处理矿石或精矿，使所需提取的金属溶解于溶液中，而其它杂质不溶解。然后再从溶液中提取金属，包括浸出，分离，富集和提取等工序。由于绝大部分溶剂为水溶液。故也称水法冶金 绪言 电冶金：利用电能提取和精炼金属的方法 电热冶金：利用电能转变成热能，在高温下提炼金属，本质与火法同。 电化学冶金：用电化学反应使金属从含金属盐类的水溶液或熔体中析出。前者称为溶液电解，如铜的电解精炼，可归入湿法冶金，后者称为熔盐电解，如电解铝，可列入火法冶金。 绪言 炼铁：从矿石或精矿中提取粗金属，主要是用焦炭作燃料及还原剂，在高炉内的还原条件下，矿石被还原得到粗金属-生铁，其中溶解来自还原剂中的碳(4％一5％)及矿石、脉石中的杂质，如硅、锰、硫、磷等元素。 绪言 炼钢：将生铁中过多的元素(C、Si、Mn)及杂质(S、P)通过氧化作用及熔渣参与的化学反应去除，达到无害于钢种性能的限度，同时还要除去由氧化作用引入钢液中的氧(脱氧)，并调整钢液的成分，最后把成分合格的钢液浇铸成钢锭或钢坯，便于轧制成材。 二次精炼：为了提高一般炼钢方法的生产率及钢液的质量(进一步降低杂质和气体的含量)，而将炼钢过程的某些精炼工序转移到炉外盛钢桶或特殊反应炉中继续完成或深度完成。 绪言 绪言 阐述钢铁冶金的物理化学原理及主要的有关冶金反应进行热力学及动力学的分析，为钢铁冶金学等课程奠定冶金工艺的基础理论 冶金热力学基础:热力学三大定律，特别是热力学第二定律，它是研究冶金反应在一定条件下进行的可能性、方向及限度 化学反应自发进行的判据（恒温、恒压）： 吉布斯自由能变化：△G ＝G（产）－ G（反） △G0 反应正向 △G0 反应逆向 △G＝0 平衡 T、P、浓度（活度）等外部条件能改变吉布斯自由能变化的特征，从而使反应向希求的方向进行。 利用反应的△G0可得出反应的平衡常数K0，由此可计算出反应进行的限度。 对于一定的化学反应， 及 是温度的函数。它们的温度关系式可用范特霍夫方程式或等压方程表示： （1）由Gibbs-Helmholtz方程导出 △rGm0＝△H0-△a0TlnT-(△a1X10-3/2)T2-(△a1X10-5)T-1 -…-IT 式中： △H0—积分常数，可由T=298K及△H0(298K)求得 I —积分常数，可由T=298K及△G0(298K) 求得 利用ZrO2固体电解质构成固体电解质电池 A、AO|固体电解质|B、BO 溶液的概念：由两种或两种以上的物质所构成，其浓度在一定范围内可以连续改变的单相均匀体系。广义的溶液包括气体混合物、液体溶液和固熔体，通常所谓的溶液是指液体溶液。 溶剂与溶质：常将量多的称为熔剂，其它物质称为溶质。对于固体或气体溶于液体所形成的溶液，一般将液体称为熔剂。但从热力学观点看，无本质差异，都统称为组元。 溶液形成过程中的变化： 物理变化：组成溶液的物质，其原子或分子在空间的互混 化学变化：溶质在溶剂内可能发生电离、熔剂化、缔合或离解等 拉乌尔定律 在溶液中当组分B的 时，它的蒸气压与其浓度成线性关系： 亨利定律 当溶液组分B浓度趋近于零的所谓稀溶液中，组分B的蒸气压与其浓度 成线性关